一种超低温烧结微波介质材料Ca

一种超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif及其制备方法
技术领域
1.本发明属于电子材料及其制造领域，具体提供一种超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif及其制备方法。


背景技术：

2.超低温烧结微波介质材料是目前微波元器件的研究热点，更低的烧结温度一方面可以与更廉价的金属实现共烧，另一方面也可以大大减小能源的消耗；但是，目前多数微波介质材料的烧结温度普遍偏高，如何实现超低温烧结同时使材料具有好的微波介电性能成为研究难点。在众多微波陶瓷材料体系中，钒酸盐固有烧结温度普遍较低、微波性能优良，具有极好的应用前景，是当前超低温烧结领域的热点材料；2009年，joung mr等人在文献“formation process and microwave dielectric properties of the r
2v2
o7(r＝ba,sr,and ca)ceramics.j am ceram soc 92:3092
–
3094.”中公开ca
2v2
o7可于950℃下烧结，仅仅具有平庸的微波介电性能：εr＝12.11、q
×
f＝15203ghz、τf＝-30.87ppm/℃；显然，较高的烧结温度(950℃)和平庸的微波介电性能成为了限制其应用于微波元器件的瓶颈。
3.基于以上原因，本发明提供一种超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif及其制备方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有微波介质材料r
2v2
o7(r＝ba,sr,and ca)烧结温度较高且微波介电性能平庸的问题，提供一种超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif及其制备方法；本发明采用lif作为助烧剂，用于实现微波介质材料于525～575℃下的超低温烧结，同时显著提升微波介质材料的微波介电性能，尤其ca
2v2o7-3wt％lif在550℃下烧结得到优异的微波介电性能：q
×
f＝46476ghz、εr＝11.83、τf＝-116.43ppm/℃。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif，其特征在于，所述超低温烧结微波介质材料由ca
2v2
o7与lif组成，其中，lif相比于ca
2v2
o7的质量百分比为：1～7wt％。
7.进一步的，所述超低温烧结微波介质材料的主晶相为ca
2v2
o7，属于三斜晶系。
8.上述超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif的制备方法，包括以下步骤：
9.步骤1：将v2o5、caco3粉体根据化学式ca
2v2
o7进行配料；
10.步骤2：将原料:去离子水:锆球按照1:2:5的质量比混合，并置于尼龙罐中球磨7～10小时，再将料浆于80～100℃烘干；
11.步骤3：将干燥粉体过筛，并于650～750℃下预烧3～5小时，得到主晶相为ca
2v2
o7的预烧料；
12.步骤4：按照质量百分比1～7wt％将预烧料与lif混合；
13.步骤5：按照预烧料:去离子水:锆球按照1:2:5的质量比混合，并置于尼龙罐中球磨7～10小时，再将料浆于80～100℃烘干；
14.步骤6：将干燥粉体用聚乙烯醇造粒，并于10～20mpa下压制成生坯；
15.步骤7：将生坯在烧结炉中于525～575℃烧结3～5小时，得到所述超低温烧结微波介质材料。
16.本发明的有益效果在于：
17.1.本发明提供一种超低温微波介质材料ca
2v2o7-lif，采用lif作为助烧剂，lif同时具有促进烧结和提升致密度的作用；一方面lif在烧结过程中形成液相填充于晶粒间隙，促进烧结过程中的物质运输，f-会替换钒氧多面体和钙氧多面体中的桥接氧，相比v-o和ca-o，更弱的f-ca和f-v键形成的晶格骨架更易断裂，从而形成了更低的玻璃化转变温度和熔点；另一方面，填充于晶粒间隙的液相有助于提升材料的致密度，进而有助于获得更高的微波介电性能；
18.基于此，相比于纯相ca
2v2
o7，本发明超低温微波介质材料ca
2v2o7-lif能够大大降低烧结温度、实现525～575℃下的超低温烧结，同时，显著提升材料的微波介电性能：q
×
f值为31000～46000ghz、介电常数为11-12、谐振频率温度系数为-126～-115ppm/℃，尤其ca
2v2o7-3wt％lif在550℃下烧结得到优异的微波介电性能：q
×
f＝46476ghz、εr＝11.83、τf＝-116.43ppm/℃，本质区别于普遍助烧剂降低烧结温度的同时牺牲材料的性能；
19.2.本发明提供上述超低温微波介质材料ca
2v2o7-lif的制备方法，采用传统固相反应法，工艺简单、便于大规模批量化生产；
20.综上所述，本发明提供的超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif能够同时实现烧结温度的大幅度降低和微波介电性能的大幅度提升，ca
2v2o7-lif优异的微波介电性能可满足于微波谐振器、滤波器等无源器件的要求，同时超低温烧结具有节省能源的显著优势，在超低温共烧陶瓷领域具有广阔的应用前景。
附图说明
21.图1为实施例2中制备得超低温烧结微波介质材料的xrd图。
22.图2为实施例2中制备得超低温烧结微波介质材料的sem图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
24.本发明具体提供4个实施例，每个实施例中超低温烧结微波介质材料均由ca
2v2
o7与lif组成；实施例1～实施例4中，lif相比于ca
2v2
o7的质量百分比依次为：1wt％、3wt％、5wt％、7wt％；每个实施例中超低温烧结微波介质材料均采用以下步骤制备：
25.步骤1：将分析纯v2o5、caco3粉体根据化学式ca
2v2
o7中v与ca的摩尔比配料；
26.步骤2：将原料:去离子水:锆球按照1:2:5的质量比混合，并置于尼龙罐中球磨7～10小时，球磨转速为280r/min，再将料浆于80～100℃烘干；
27.步骤3：将干燥粉体通过80目的筛网，然后在650～750℃预烧3～5小时，获得主晶相为ca
2v2
o7的预烧料；
28.步骤4：根据质量百分比将预烧料与分析纯lif混合；
29.步骤5：按照预烧料:锆球:去离子水为1:5:2的质量比混合，并置于尼龙罐中球磨7～10小时，在将料浆于80～100℃烘干；
30.步骤6：将干燥粉体用聚乙烯醇稀释液造粒，并于10～20mpa下压制成生坯；
31.步骤7：将生坯在烧结炉中于525～575℃烧结3～5小时，得到所述超低温微波介质材料。
32.对每个实施例中制备得到的超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif进行测试，其微波介电性能如下表所示：
[0033][0034]
由上可见，上述4个实施例均实现了超低温烧结，且具有相对于纯相ca
2v2
o7更优异的微波介电性能；其中，实施例2制备得超低温烧结微波介质材料ca
2v2o7-lif的xrd图谱与sem图像分别如图1与图2所示；由图1可见，实施例2制备得到的超低温烧结微波介质材料的晶体结构与三斜晶系的ca
2v2
o7一致，lif的加入并未导致原有晶体结构的改变；由图2可见，sem图像中存在大量的液相(不规则相)，ca
2v2
o7晶粒基本被液相包裹，同时液相也填充了晶粒的间隙，从而提升了材料的致密度，进而显著提升材料的微波介电性能。
[0035]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。